專利名稱：一種調(diào)控氣相生物過濾器內(nèi)生物量的方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明屬于環(huán)境工程中大氣污染控制工程的生物過濾法處理廢氣領(lǐng)域，特別涉及一種調(diào)控氣相生物過濾器內(nèi)生物量的方法。
背景技術(shù)：
惡臭和有機(jī)廢氣的排放已經(jīng)嚴(yán)重污染了環(huán)境，導(dǎo)致農(nóng)作物減產(chǎn)，破壞森林與生態(tài)系統(tǒng)，消耗臭氧和形成光化學(xué)煙霧，直接或間接地?fù)p害人體健康，甚至致癌和致畸。氣相生物過濾技術(shù)是有機(jī)廢氣的一種主要生物控制方法，它利用附著在過濾填料上的生物膜，將廢氣中的污染物分解、轉(zhuǎn)化為簡(jiǎn)單無機(jī)物(CO2、H2O等)或細(xì)胞組成物質(zhì)。除需要提供微生物生命代謝必需的營(yíng)養(yǎng)物質(zhì)外，生物過濾過程一般不需要添加其他藥劑，具有投資運(yùn)行費(fèi)用低、效果較好、無二次污染等優(yōu)點(diǎn)，因此具有廣闊的應(yīng)用前景。生物膜是生物過濾技術(shù)的最關(guān)鍵因素。填料內(nèi)均勻分布的適量高活性的生物膜有助于得到高效穩(wěn)定的反應(yīng)器運(yùn)行性能。然而，氣相生物過濾器在長(zhǎng)期運(yùn)行后常常會(huì)出現(xiàn)生物膜老化現(xiàn)象以及填料內(nèi)的過度蓄積現(xiàn)象，特別是在高負(fù)荷條件下。這就可能直接導(dǎo)致氣相生物過濾器出現(xiàn)眾多操作問題，比如床層堵塞、短流、壓降增大等問題，也就成了直接導(dǎo)致反應(yīng)器長(zhǎng)期運(yùn)行時(shí)處理性能急劇惡化的罪魁禍?zhǔn)住Ｄ壳?，生物膜過度蓄積的控制方法可以分為物理、化學(xué)和生物方法等。物理方法利用機(jī)械設(shè)備去除過量的生物膜，它是當(dāng)前最有效的生物膜蓄積控制方法，但是在實(shí)際應(yīng)用中也存在高能耗、設(shè)備復(fù)雜、運(yùn)行維護(hù)困難等缺點(diǎn)?；瘜W(xué)方法通過控制供應(yīng)碳源和添加營(yíng)養(yǎng)源或用含有氧化劑、表面活性劑、殺菌劑及化學(xué)溶液進(jìn)行水洗或灌注等方法來控制生物膜蓄積。物理和化學(xué)方法都無法保持反應(yīng)器的長(zhǎng)期連續(xù)穩(wěn)定的性能。生物方法控制生物量過度蓄積是基于生態(tài)金字塔、營(yíng)養(yǎng)級(jí)和捕食食物鏈等生態(tài)學(xué)基本原理，引入更高營(yíng)養(yǎng)級(jí)上的生物物種，通過捕食食物鏈的捕食作用來減少較低營(yíng)養(yǎng)級(jí)上的生物物種數(shù)量。由于不同營(yíng)養(yǎng)級(jí)的微生物數(shù)量之間的關(guān)系組成了生物量金字塔，更長(zhǎng)的食物鏈需要消耗更多的能量， 因而生物量產(chǎn)率將大大降低。然而，它尚處于初步研究階段。到目前為止還沒有找到經(jīng)濟(jì)有效地控制生物膜過度蓄積的方法。應(yīng)用生物方法控制氣相生物過濾器中生物膜的過度蓄積的研究和專利技術(shù)還較少。有研究表明，投放原生動(dòng)物能增加碳的礦化度，輕微增加甲苯降解容量和降低生物量蓄禾只率(Cox HHJ, Nguyen TT, Deshusses MA. Predation of bacteria by the protozoa tetrahymena pyriformis in toluene-degrading cultures. Biotechnology Letters 1999，21 (3) : 235 - 239)。引入螨蟲(mites)有助于控制真菌的過度增長(zhǎng)和壓頭降低。 Bhaskarn 等(Bhaskaran K, Nadaraja AV, Balakrishnan MV, et al. Dynamics of sustainable grazing fauna and effect on performance of gas biofilter. Journal of Bioscience and Bioengineering, 2008，105(3) : 192 - 197)比較了一些含微型后生動(dòng)物的捕食動(dòng)物包括食肉線蟲(Caenorhabditis sp.)、輪蟲(Phildina sp.)、節(jié)肢動(dòng)物 (Echiniscus sp.)禾口纖毛蟲原生動(dòng)物包括 Colpoda inflata、Euplotes harpa 禾口 AcineriaSP.，發(fā)現(xiàn)線蟲、輪蟲和纖毛蟲都適合在較廣污染物濃度范圍內(nèi)生長(zhǎng)并穩(wěn)定在一定數(shù)量。而利用微型動(dòng)物捕食控制生物量蓄積仍然處于初級(jí)或試驗(yàn)階段。我國的專利申請(qǐng)中，已有利用線蟲和纖毛蟲對(duì)生物膜的吞食作用來控制氣相生物過濾器內(nèi)蓄積的生物量(一種廢氣生物過濾器中生物量過度蓄積的生物控制方法.申請(qǐng)?zhí)?01010523343.8;申請(qǐng)日 2010. 10. 28)0此外，利用昆蟲綱蜚蠊目動(dòng)物成蟲吞食生物過濾器填料層的表面和淺層處蓄積的生物膜，進(jìn)而控制填料內(nèi)過度蓄積的生物膜也被申請(qǐng)了發(fā)明專利(一種控制氣相生物過濾器中生物膜過度蓄積的方法.申請(qǐng)?zhí)?01010504473.7，申請(qǐng)日2010. 10. 13)。然而，利用有關(guān)蛾蠓類昆蟲來控制生物膜過度蓄積的方法尚未見報(bào)導(dǎo)。蛾蠓科是微小至小型多毛或鱗毛的長(zhǎng)角亞目昆蟲。頭部小而略扁，復(fù)眼左右遠(yuǎn)離， 無單眼；觸角長(zhǎng)，與頭胸約等或更長(zhǎng)，由12 16節(jié)組成，輪生長(zhǎng)毛；口器的下顎須長(zhǎng)而曲折，4 或5節(jié)，喙短而吸血性者長(zhǎng)。胸部粗大而背面隆突，小盾片圓；足較短或細(xì)長(zhǎng)，脛節(jié)無端距。 翅基部窄而端部或尖或圓，常呈梭形；翅緣和脈上密生細(xì)毛，少數(shù)還有鱗片，尺脈縱脈多而明顯，至少有9條伸達(dá)翅緣，橫脈少而不顯僅在翅基部有，基室短小Ac多短或不完整，R分 4或5條，M分3或4條，Cu只1條，A很短或退化。腹部筒形，6、節(jié)，雄外生殖器發(fā)達(dá)而顯露，雌產(chǎn)卵器突出。幼蟲細(xì)長(zhǎng)筒形，全頭型，無足，兩端氣門式或后氣門式，體12 14節(jié)，體背側(cè)多有骨化片，側(cè)腹面常有膨突幫助移動(dòng)，后氣門式的氣門位于一短粗管上；體多剛毛或棒狀毛，腹端常有長(zhǎng)毛或毛刷等飾物；水生幼蟲還有氣管鰓和附著用的吸盤狀結(jié)構(gòu)。幼蟲多為腐食性或糞食性，生活在朽木爛草及土中，有些生活在下水道中，羽化后常見于室內(nèi)。白斑蛾蚋和星斑蛾蚋的幼蟲在都市中，主要孳生在含有腐敗有機(jī)質(zhì)的淺水域。室外的淤積排水溝、化糞池和一些有機(jī)質(zhì)較高的積水容器中，也能發(fā)現(xiàn)蛾蚋幼蟲的蹤跡。羽化后的蛾蚋成蟲大多就近停在墻壁上。蛾蠓的防治方法很多，日常防治方法可以清掃環(huán)境，清除積水和積聚的有機(jī)質(zhì)。化學(xué)方法非常實(shí)用，可噴灑除蟲脲、滅幼脲、氟蟲脲、幾丁質(zhì)合成抑制劑、(擬)除蟲菊脂類藥物等藥劑徹底控制蛾蠓的生長(zhǎng)和繁殖。這為有效控制封閉環(huán)境中蛾蠓類昆蟲的存活數(shù)量提供了直接依據(jù)。通過深入研究發(fā)現(xiàn)，利用蛾蠓調(diào)控氣相生物過濾器內(nèi)的生物量具有重要的實(shí)用價(jià)值。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明的目的在于去除氣相生物過濾反應(yīng)器內(nèi)過量蓄積或老化的生物膜，保持適量高活性的生物膜，維持反應(yīng)器長(zhǎng)期穩(wěn)定的運(yùn)行性能，為生物過濾方法處理惡臭或有機(jī)廢氣提供一種經(jīng)濟(jì)有效地調(diào)控生物膜蓄積量的生物方法。本發(fā)明調(diào)控氣相生物過濾器內(nèi)生物量的方法是對(duì)已成功運(yùn)行的氣相生物過濾器投入一定數(shù)量的蛾蠓蟲卵或幼蟲，用于吞食生物過濾器填料內(nèi)蓄積的生物膜或反應(yīng)器底部及周邊的生物膜；并實(shí)時(shí)監(jiān)控反應(yīng)器內(nèi)蛾蠓幼蟲和成蟲的數(shù)量，當(dāng)超量時(shí)噴灑藥劑殺滅部分蛾蠓；用于該法控制蓄積生物量的氣相生物過濾反應(yīng)器采用非蛾蠓食物的惰性材料為填料，且反應(yīng)器是密閉的，蛾蠓可以在其內(nèi)自由活動(dòng)而不能出去。本發(fā)明的控制氣相生物過濾器中生物膜過度蓄積的方法包括如下步驟
(1)從環(huán)境積污中篩選分離或人工培養(yǎng)以腐敗有機(jī)質(zhì)為食的蛾蠓類昆蟲動(dòng)物的蟲卵或幼蟲；(2)檢查生物過濾反應(yīng)器的密閉性和填料種類，確定投放數(shù)量和投放點(diǎn)，并確保良好的生物控制方法的運(yùn)作條件；
(3)將一定數(shù)量的篩選動(dòng)物隨溶液噴入反應(yīng)器，直接與過量蓄積的生物膜接觸，并控制環(huán)境溫度在15 30°C，繼續(xù)穩(wěn)定運(yùn)行反應(yīng)器，不斷孵化的蛾蠓幼蟲及成蟲在反應(yīng)器內(nèi)吞食生物膜；
(4)根據(jù)反應(yīng)器的處理性能和運(yùn)行狀態(tài)，實(shí)時(shí)監(jiān)控蛾蠓類動(dòng)物的生活狀況和數(shù)量，當(dāng)超量時(shí)噴灑藥劑殺滅部分蛾蠓。所述的蛾蠓蟲卵或幼蟲，為環(huán)境積污中常見的蛾蚋種類，投加地點(diǎn)靠近廢氣進(jìn)口端，投加密度為0. 001 - 0. 1頭/cm3填料。所述的調(diào)控氣相生物過濾器內(nèi)生物量的方法，當(dāng)實(shí)時(shí)監(jiān)控反應(yīng)器內(nèi)蛾蠓幼蟲和成蟲的數(shù)量超過0. 5頭/cm3填料或者出現(xiàn)反應(yīng)器性能因生物量減少而急劇降低時(shí)即噴灑藥劑殺滅蛾蠓，但要保證活性蟲卵或幼蟲的數(shù)量大于0. 001頭/cm3填料。所述的殺滅蛾蠓所用的藥劑主要為除蟲脲、滅幼脲、氟蟲脲、幾丁質(zhì)合成抑制劑、 有機(jī)磷農(nóng)藥、(擬)除蟲菊脂類藥物。有益效果
本發(fā)明的實(shí)質(zhì)是基于生態(tài)學(xué)基本原理，利用環(huán)境積污中常見的蛾蠓類昆蟲以腐敗有機(jī)質(zhì)為主食、適應(yīng)能力強(qiáng)的特點(diǎn)，吞食反應(yīng)器內(nèi)過量蓄積或老化的生物膜，并通過噴灑藥劑控制蛾蠓類昆蟲的存活數(shù)量達(dá)到調(diào)控氣相生物過濾器內(nèi)的生物量的目的。本發(fā)明能夠在不增加運(yùn)行設(shè)備、不改變生物過濾器運(yùn)行條件的情況下，只通過存活的蛾蠓類昆蟲去除反應(yīng)器內(nèi)過量蓄積或老化的生物膜，從而調(diào)控反應(yīng)器內(nèi)的生物膜蓄積量，進(jìn)而提升生物過濾器長(zhǎng)期連續(xù)穩(wěn)定的運(yùn)行性能。與現(xiàn)有技術(shù)相比，本發(fā)明的優(yōu)點(diǎn)就在于
1、不需要增加運(yùn)行設(shè)備，不需要不改變生物過濾器運(yùn)行條件，只通過投加蛾蠓類昆蟲來吞食去除過量蓄積或老化的生物膜，有利于維持氣相生物過濾器長(zhǎng)期連續(xù)穩(wěn)定的運(yùn)行性能；
2、操作簡(jiǎn)便、經(jīng)濟(jì)有效、環(huán)境友好。
具體實(shí)施例方式
下面通過具體的實(shí)施方案敘述本發(fā)明調(diào)控氣相生物過濾器內(nèi)生物量的方法。除非特別說明，本發(fā)明中所用的技術(shù)手段均為本領(lǐng)域技術(shù)人員所公知的方法。另外，實(shí)施方案應(yīng)理解為說明性的，而非限制本發(fā)明的范圍。例1通過控制存活蛾蚋的數(shù)量調(diào)控填充聚氨酯海綿填料的生物滴濾器內(nèi)生物膜的蓄積量和活性
生物滴濾器(Biotrickling filter, BTF)已被成功應(yīng)用于處理中低濃度甲苯廢氣。本實(shí)施例中使用實(shí)驗(yàn)規(guī)模、填充聚氨酯海綿填料的BTF為考察對(duì)象，反應(yīng)器運(yùn)行的環(huán)境溫度為2(T30°C。它主要由柱形外筒、聚氨酯海綿填料、液體噴淋器、氣/液體進(jìn)出口組成。柱形外筒采用有機(jī)玻璃管材質(zhì)，內(nèi)徑10 cm，管壁0.5 cm，高120 cm。內(nèi)設(shè)填料三層，每層20 cm, 由多孔篩板承托，在每層填料上方均設(shè)置噴淋器。BTF的氣密性良好，廢氣經(jīng)過BTF頂端中心的氣體進(jìn)口進(jìn)入，至上而下穿過長(zhǎng)滿生物膜的聚氨酯海綿填料，凈化后廢氣從BTF底部的氣體出口排出。營(yíng)養(yǎng)液由多種宏量營(yíng)養(yǎng)元素、微量營(yíng)養(yǎng)元素、維生素及PH緩沖劑等組成，內(nèi)含微生物生長(zhǎng)所需的各種營(yíng)養(yǎng)物質(zhì)。通過各層填料上方的噴淋器添加，噴淋量約為10.0 L/d。反應(yīng)器維持在室溫(2(T30 °C)下運(yùn)行。BTF的填料是采用普通市場(chǎng)所售、采用發(fā)泡法制得的聚氨酯海綿，其孔隙率為20 PPI。設(shè)定BTF的運(yùn)行條件為停留時(shí)間15 s，進(jìn)氣甲苯濃度為600 mg/m3。采用某污水處理廠二沉池的污泥進(jìn)行掛膜。一個(gè)月后，甲苯去除效率大于90%，并且性能一直穩(wěn)定，出氣甲苯濃度低于60 mg/m3。用壓力計(jì)測(cè)得反應(yīng)器壓頭損失低于100 Pa。再增大進(jìn)氣甲苯濃度到MOO mg/m3。維持其它運(yùn)行條件不變，繼續(xù)運(yùn)行一個(gè)半個(gè)月，發(fā)現(xiàn)上層聚氨酯海綿填料的上部布滿了淺黃色生物膜，并布滿柱形外筒的內(nèi)壁，部分生物膜聚集成團(tuán)，外伸出填料5 mm 左右。肉眼已經(jīng)不能通過透明的有機(jī)玻璃管材看清楚里面的填料。此時(shí)，反應(yīng)器中間填料層和下層均不同程度地發(fā)生了生物膜的過量蓄積現(xiàn)象。同時(shí)，反應(yīng)器性能急劇惡化，甲苯去除效率急劇降低，最終低于30%，出口甲苯濃度大于1600 mg/m3。此時(shí)反應(yīng)器內(nèi)壓頭損失大于 300 Pa0從環(huán)境積污中進(jìn)行篩選分離蛾蠓蟲卵和幼蟲，數(shù)量約為200個(gè)，隨營(yíng)養(yǎng)液噴灑在反應(yīng)器的填料上。維持其它條件不變，繼續(xù)運(yùn)行反應(yīng)器所，蛾蠓蟲卵和幼蟲開始在反應(yīng)器內(nèi)不斷生長(zhǎng)，繁殖。一個(gè)星期后，有機(jī)玻璃管內(nèi)壁的渾濁物質(zhì)逐漸減少，少量黑褐色的條狀小蟲附著在管壁和填料中。反應(yīng)器的性能逐漸回升，壓頭損失為MO Pa。兩個(gè)星期后，少量飛蛾?duì)罾ハx出現(xiàn)在反應(yīng)器內(nèi)空腔中，條狀小蟲的數(shù)量大大增加，過度蓄積的生物膜的量顯著減少，甲苯去除效率升高到95%以上，反應(yīng)器壓頭損失為105 Pa。一個(gè)月以后，大量飛蛾?duì)罾ハx附著在反應(yīng)器內(nèi)壁上，條狀小蟲的數(shù)量有增無減，有機(jī)玻璃管內(nèi)壁非常干凈，聚氨酯海綿填料上很難肉眼發(fā)現(xiàn)蓄積的生物膜，而反應(yīng)器性能明顯降低，出口甲苯濃度大于1000 mg/m3，壓頭損失小于30 Pa。停止運(yùn)行生物滴濾器，使用普通市售50%氰戊菊酯.辛硫磷乳油(全豐氰辛)1 mL 按1:1000配制成溶液，從各層噴淋口均勻噴灑到填料上。半小時(shí)后，大量蛾蠓成蟲掉落到填料上面或反應(yīng)器底部。兩小時(shí)后，基本看不到飛動(dòng)的昆蟲。維持其它運(yùn)行條件不變，繼續(xù)運(yùn)行反應(yīng)器。兩天后，反應(yīng)器的性能逐漸回升，甲苯去除效率逐漸升高，出口甲苯濃度小于 950 mg/m3。一個(gè)星期后，反應(yīng)器的性能恢復(fù)到90%以上，BTF填料內(nèi)的生物膜慢慢增多，肉眼開始可見到少量的生物膜，并有幾只黑褐色的條狀小蟲附著在管壁上和填料中。
權(quán)利要求
1.一種調(diào)控氣相生物過濾器內(nèi)生物量的方法，其特征在于對(duì)已成功運(yùn)行的氣相生物過濾器投入一定數(shù)量的蛾蠓蟲卵或幼蟲，用于吞食生物過濾器填料內(nèi)蓄積的生物膜或反應(yīng)器底部及周邊的生物膜；并實(shí)時(shí)監(jiān)控反應(yīng)器內(nèi)蛾蠓幼蟲和成蟲的數(shù)量，當(dāng)超量時(shí)噴灑藥劑殺滅部分蛾蠓；用于該法控制蓄積生物量的氣相生物過濾反應(yīng)器采用非蛾蠓食物的惰性材料為填料，且反應(yīng)器是密閉的，蛾蠓可以在其內(nèi)自由活動(dòng)而不能出去。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的調(diào)控氣相生物過濾器中生物量的方法，其特征在于調(diào)控氣相生物過濾器內(nèi)生物量投加的蛾蠓蟲卵或幼蟲，為環(huán)境積污中常見的蛾蚋種類，投加地點(diǎn)靠近廢氣進(jìn)口端，投加密度為0. 001 - 0. 1頭/cm3填料。
3.根據(jù)權(quán)利要求1或2所述的調(diào)控氣相生物過濾器內(nèi)生物量的方法，其特征在于當(dāng)實(shí)時(shí)監(jiān)控反應(yīng)器內(nèi)蛾蠓幼蟲和成蟲的數(shù)量超過0. 5頭/cm3填料或者出現(xiàn)反應(yīng)器性能因生物量減少而急劇降低時(shí)即噴灑藥劑殺滅蛾蠓，但要保證活性蟲卵或幼蟲的數(shù)量大于0. 001頭 /cm3填料。
4.根據(jù)權(quán)利要求1-3所述的調(diào)控氣相生物過濾器內(nèi)生物量的方法，其特征在于殺滅蛾蠓所用的藥劑主要為除蟲脲、滅幼脲、氟蟲脲、幾丁質(zhì)合成抑制劑、有機(jī)磷農(nóng)藥、(擬)除蟲菊脂類藥物。
全文摘要
本發(fā)明公開了一種調(diào)控氣相生物過濾器內(nèi)生物量的方法，屬于環(huán)境工程中大氣污染控制工程的生物過濾法處理廢氣領(lǐng)域。該方法通過對(duì)已成功運(yùn)行的氣相生物過濾器投入一定數(shù)量的蛾蠓蟲卵或幼蟲，利用蛾蠓吞食生物過濾器填料內(nèi)蓄積的生物膜或反應(yīng)器底部及周邊的生物膜，并實(shí)時(shí)監(jiān)控反應(yīng)器內(nèi)蛾蠓幼蟲和成蟲的數(shù)量，當(dāng)超量時(shí)噴灑藥劑殺滅部分蛾蠓，通過調(diào)控存活蛾蠓的數(shù)量從而達(dá)到調(diào)控反應(yīng)器內(nèi)生物膜的蓄積量。本發(fā)明能夠在不增加運(yùn)行設(shè)備、不改變生物過濾器運(yùn)行條件的情況下，利用存活的蛾蠓類昆蟲去除反應(yīng)器內(nèi)過量蓄積或老化的生物膜，達(dá)到維持反應(yīng)器內(nèi)生物量的平衡，進(jìn)而獲得長(zhǎng)期穩(wěn)定的運(yùn)行性能，具有操作簡(jiǎn)便、經(jīng)濟(jì)有效、環(huán)境友好等優(yōu)點(diǎn)。
文檔編號(hào)B01D53/84GK102500229SQ20111033703
公開日2012年6月20日 申請(qǐng)日期2011年10月31日 優(yōu)先權(quán)日2011年10月31日
發(fā)明者萬俊力, 余關(guān)龍, 杜春艷, 楊春平, 王云波, 蔣昌波, 陳宏 , 隋海清 申請(qǐng)人:長(zhǎng)沙理工大學(xué)